CN109881152B - 一种多层结构的导电膜及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的多层结构的导电膜,包括基层、复合结构层、铝金属材料层和抗氧化层，复合结构层包括铝金属材料层和加固层，所述铝金属材料层与加固层的厚度比为5～15:1，导电膜的电阻率为7.0×10‑8Ω·m～3.0×10‑8Ω·m。使用上述配比的铝金属材料层与加固层的厚度，可以尽量提高铝金属材料层的厚度，保持粘结力，在有效范围内提高导电率，降低电阻率，提高产品性能，使导电膜保持在最低的厚度。
Description
技术领域
本发明属于储能单元材料技术领域，具体涉及一种多层结构的膜及制备工艺。
背景技术
随着工业的发展和化石能源的枯竭，环境污染和能源匮乏的压力越来越大，寻找新的能源和发展新的节能工具。
锂储能元件的正极材料是铝箔，现有的铝箔最大的厚度只能做到8微米。随着储能元件技术的发展，对于储能元件的体积和重量都有了更高的要求，逐渐出现了一种超薄储能元件负极集流体结构，其在塑料基层上镀铝层，通过加固层增加镀铝层的粘结强度。
现有技术存在的问题是，如何保持足够粘结强度的情况下，如何尽量提高铝金属材料层的厚度，以降低电阻率，达到储能单元的规格。
发明内容
本发明的发明目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种高导电的的多层结构的导电膜。
本发明的另一发明目的在于提出一种成本低的多层结构的导电膜的制备工艺。
本发明技术方案如下：
一种多层结构的导电膜,包括基层、复合结构层、铝金属材料层和抗氧化层，复合结构层包括至少一层铝金属材料层和至少一层加固层，导电膜的电阻率为7.0×10-8Ω·m～3.0×10-8Ω·m时，所述铝金属材料层与加固层的厚度比为5～15:1。
其中，当电阻率>7.0×10-8Ω·m时，铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比小于5：1。
其中，当电阻率为6.0×10-8～7.0×10-8Ω·m时，铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比为5～7.5：1。
其中，当电阻率为5.0×10-8～6.0×10-8Ω·m时，铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比为7.5～10：1。
其中，当电阻率为3.0×10-8～5.0×10-8Ω·m时，铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比为10～12.5：1。
其中，当电阻率<3.0×10-8Ω·m时，铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比12.5～15：1。
其中，所述复合结构层包括至少两层结构体,每层结构体由一层铝金属材料层和一层加固层构成，多层结构体之间堆叠。
其中，加固层的材料为AlOx(1≤x≤1.5)。
其中，所述基层设置为高分子膜，
所述基层设置为PET、PP、PI、PS、PPS、CPP、PEN、PVC、SPS，PEEK、PES、PPSU、PE、无纺布的其中一种或两种以上。
一种多层结构的导电膜的制备方法,包括如下步骤：
S1.首先对基层表面进行电晕处理，然后将卷筒基层置于真空环境，通入压缩氧气，带动蒸发源散出的铝蒸汽进入真空环境，驱动卷筒基层运动，蒸发的铝原子与氧气反应并在移动的薄膜上形成一层AlOx，其中1≤x≤1.5，即粘结层；
S2.将S1得到的表面有粘结层的基层置入蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空，在进入蒸发区前，先通过等离子设备电离氩气对粘结层表面进行清洁，然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对铝进行加热，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层镀层，即铝金属材料层，
S3.将S2得到的铝金属材料层的基层置入蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空，在进入蒸发区前，先对铝金属材料层表面进行清洁和氧化，铝金属材料层表面生成较致密的一层AlOx，其中1≤x≤1.5，即氧化铝加固层，然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对铝进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层铝金属材料层，重复制备加固层和铝金属材料层的步骤40或20次；
S4.将S3得到的铝金属材料层置于湿度<50％，室温环境中，静置熟化，铝金属材料层表面形成一层较致密的氧化层，即抗氧化层。
其中，所述室温环境为25～30℃，湿度为30～40％。
其中，镀膜真空度为(1.0～10)×10-2pa，卷绕真空为(1.0～2.0)×10-1pa，送丝量为600～1200mm/min，走卷速度为200～500m/min，等离子设备功率为2～15kW，氧气量为100～1000sccm，氮气量为200～2000sccm。
其中，所述膜卷的宽幅为1～2m，卷径为200～600mm。
本发明的有益之处：
本发明的多层结构的导电膜,包括基层、复合结构层、铝金属材料层和抗氧化层，复合结构层包括铝金属材料层和加固层，所述铝金属材料层与加固层的厚度比为5～15:1，导电膜的电阻率为7.0×10-8Ω·m～3.0×10-8Ω·m。
使用上述配比的铝金属材料层与加固层的厚度，可以尽量提高铝金属材料层的厚度，保持粘结力，在有效范围内提高导电率，降低电阻率，提高产品性能，使导电膜保持在最低的厚度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进列进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种多层结构的导电膜,包括基层、复合结构层、铝金属材料层和抗氧化层，复合结构层包括铝金属材料层和加固层，导电膜的电阻率为7.0×10-8Ω·m～3.0×10-8Ω·m所述铝金属材料层与加固层的厚度比为5～15:1。
使用上述配比的铝金属材料层与加固层的厚度，可以尽量提高铝金属材料层的厚度，保持粘结力，在有效范围内提高导电率，降低电阻率，提高产品性能，使导电膜保持在最低的厚度。
当铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比小于5：1时，其电阻率>7.0×10-8Ω·m。
当需要电阻率>7.0×10-8Ω·m的导电膜时，铝金属材料层的厚度为加固层厚度的5倍。
其中，当铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比为5～7.5：1时，其电阻率为(6.0～7.0)×10-8Ω·m。
当需要电阻率(6.0～7.0)×10-8Ω·m的导电膜时，铝金属材料层的厚度为加固层厚度的5～7.5倍，优选为5.5～6倍。采用上述比例时，可以获得最经济的导电膜，同时导电膜的连接强度高，表面效果好。
本发明还可以选择其他比例的铝金属材料层的厚度与加固层的厚度，以适合不同量级的电阻率，如下：铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比为7.5～10：1时，其电阻率为(5.0～6.0)×10-8Ω·m。
铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比为10～12.5：1时，其电阻率为(3.0～5.0)×10-8Ω·m。
当铝金属材料层的厚度与加固层的厚度比12.5～15：1时，其电阻率<3.0×10-8Ω·m。
所述复合结构层包括至少两层结构体,每层结构体由一层铝金属材料层和一层加固层构成，多层结构体之间堆叠。
加固层的材料为AlOx(1≤x≤1.5)；所述基层设置为高分子膜，所述基层设置为PET，PPS，PEN其中一种。
铝金属材料层其每一次的质量及厚度基本呈线性关系，符合公式y＝ax+b，其中y为质量或厚度，x为镀膜次数，a为两次之间的质量或厚度差，b为常数。
其每一次的方阻值基本呈幂函数关系，符合公式y’＝a’x-b’，其中y’为方阻，a’为第一次镀膜的方阻值，x为镀膜次数，-b’为常数。
方阻×厚度的方法计算电阻率，即ρ＝yy'
从而得到多层结构的导电功能膜，其性能如下表所示：
实施例2
本发明的膜的实施方式之一，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，再次不在进行赘述，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的方案为一种导电功能膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.首先对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后将卷筒塑料薄膜置入真空镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到5×10-2Pa，利用蒸发源附近的通氧结构通入压缩氧气，通气量为4000sccm和3500sccm。蒸发源蒸镀原料为金属铝丝或铝锭，纯度≥99.9％，走卷速度设置为350m/min，送丝量设置为300mm/min，蒸发的铝原子与氧气反应并在移动的薄膜上形成一层AlOx(1≤x≤1.5)层，即粘结层，该层厚度约10nm；
S2.将S1得到的表面有粘结层的膜置入含有等离子装置的单面或双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到2×10-2Pa，在进入蒸发区前，先通过等离子设备电离氩气对粘结层表面进行清洁，氩气量为500sccm，然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对纯度≥99.9％的铝进行加热，走卷速度分别设置为200m/min，300m/min，400m/min，500m/min，送丝量设置为1100mm/min，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层镀铝层，即铝金属镀层，该铝金属镀层厚度约60～65nm，40～45nm，30～35nm；20～25nm；
S3.将S2得到的镀铝膜置入含有等离子装置的单面或双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到2×10-2Pa，在进入蒸发区前，先通过等离子设备电离氩气和氧气对镀铝膜表面进行清洁和氧化，其中氩气为500sccm，氧气量350sccm，镀铝金属材料层表面生成较致密的一层AlOx(1≤x≤1.5)，即加固层，该加固层厚度约为4nm。然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对纯度≥99.9％的铝进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层镀铝层，依据设备单双面成型的设计，重复制备加固层和铝金属材料层的步骤40或20次；
S4.将S3得到的镀铝膜置于湿度<50％，室温环境中，静置熟化48h，镀铝膜表面会因空气中的氧气或少量水分的渗透，形成一层较致密的氧化层，即抗氧化层，该抗氧化层厚度约为2～4nm。
实施例3
一种导电功能膜的制备方法，包括如下步骤：
S1.首先对需要镀膜的塑料薄膜表面进行电晕处理，然后将卷筒塑料薄膜置入真空镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到5×10-2Pa，利用蒸发源附近的通氧结构通入压缩氧气，通气量为4000sccm和3500sccm。蒸发源蒸镀原料为金属铝丝或铝锭，纯度≥99.9％，走卷速度设置为350m/min，送丝量设置为300mm/min，蒸发的铝原子与氧气反应并在移动的薄膜上形成一层AlOx(1≤x≤1.5)层，即粘结层，该层厚度约10nm；
S2.将S1得到的表面有粘结层的膜置入含有等离子装置的单面或双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到2×10-2Pa，在进入蒸发区前，先通过等离子设备电离氩气对粘结层表面进行清洁，氩气量为100sccm，然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对纯度≥99.9％的铝进行加热，走卷速度设置为300m/min，送丝量设置为1100mm/min，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层镀铝层，即铝金属镀层，该铝金属镀层厚度约40～45nm；
S3.将S2得到的镀铝膜置入含有等离子装置的单面或双面往返蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空至真空度达到2×10-2Pa，在进入蒸发区前，先通过等离子设备电离氩气和氧气对镀铝膜表面进行清洁和氧化，其中等离子气体参数分别为氩气500sccm，氧气350sccm；氩气3000sccm，氧气2500sccm；氩气5000sccm，氧气4000sccm，镀铝金属材料层表面生成较致密的一层AlOx(1≤x≤1.5)，即加固层，该加固层厚度约为8nm。然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对纯度≥99.9％的铝进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层镀铝层，依据设备单双面成型的设计，重复制备加固层和铝金属材料层的步骤40或20次；
S4.将S3得到的镀铝膜置于湿度<50％，室温环境中，静置熟化48h，镀铝膜表面会因空气中的氧气或少量水分的渗透，形成一层较致密的氧化层，即抗氧化层，该抗氧化层厚度约为2～4nm。
从而得到具有多层结构的导电功能膜，该导电功能膜性能如下表所示：
其中，以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种多层结构的导电膜,其特征在于：包括基层、复合结构层、铝金属材料层和抗氧化层，复合结构层包括至少一层铝金属材料层和至少一层氧化铝加固层，导电膜的电阻率为7.0×10-8Ω·m～5.0×10-8Ω·m时，所述复合结构层内的铝金属材料层厚度与氧化铝加固层的厚度比为5～10:1，所述氧化铝加固层的材料为AlOx，其中1≤x≤1.5。
2.根据权利要求1所述的一种多层结构的导电膜,其特征在于：当电阻率为(6.0～7.0)×10-8Ω·m时，所述复合结构层内的铝金属材料层厚度与氧化铝加固层的厚度比为5～7.5：1。
3.根据权利要求1所述的一种多层结构的导电膜,其特征在于：当电阻率为(5.0～6.0)×10-8Ω·m时，所述复合结构层内的铝金属材料层厚度与氧化铝加固层的厚度比为7.5～10：1。
4.根据权利要求1所述的一种多层结构的导电膜,其特征在于：所述复合结构层包括至少两层结构体,每层结构体由一层铝金属材料层和一层氧化铝加固层构成，多层结构体之间堆叠。
5.根据权利要求1所述的一种多层结构的导电膜,其特征在于：所述基层设置为高分子膜。
6.根据权利要求1所述的一种多层结构的导电膜,其特征在于：所述基层设置为PET、PP、PI、PS、PPS、CPP、PEN、PVC、SPS，PEEK、PES、PPSU、PE、无纺布的其中一种或两种以上。
7.一种根据权利要求1所述的多层结构的导电膜的制备方法,其特征在于：包括如下步骤：
S1.首先对基层表面进行电晕处理，然后将卷筒基层置于真空环境，通入压缩氧气，带动蒸发源散出的铝蒸汽进入真空环境，驱动卷筒基层运动，蒸发的铝原子与氧气反应并在移动的薄膜上形成一层AlOx，其中1≤x≤1.5，即粘结层；
S2.将S1得到的表面有粘结层的基层置入蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空，在进入蒸发区前，先通过等离子设备电离氩气对粘结层表面进行清洁，然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对铝进行加热，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在粘结层表面形成一层镀层，即铝金属材料层，
S3.将S2得到的铝金属材料层的基层置入蒸发镀膜机真空室内，将真空室密封，逐级抽真空，在进入蒸发区前，先对铝金属材料层表面进行清洁和氧化，铝金属材料层表面生成较致密的一层AlOx，其中1≤x≤1.5，即氧化铝加固层，然后进入蒸镀区，采用蒸发的方式对铝进行加热，调整好放卷速度、收卷速度和蒸发量，铝在蒸发机构中持续熔化、蒸发，在加固层表面形成一层铝金属材料层，重复制备加固层和铝金属材料层的步骤40或20次；
S4.将S3得到的膜层置于湿度<50％，室温环境中，静置熟化，铝金属材料层表面形成一层较致密的氧化层，即抗氧化层。
8.根据权利要求7所述的一种多层结构的导电膜的制备方法，其特征在于：所述室温环境为25～30℃，湿度为30～40％。
9.根据权利要求7所述的一种多层结构的导电膜的制备方法，其特征在于：镀膜真空度为(1.0～10)×10-2pa，卷绕真空为(1.0～2.0)×10-1pa，送丝量为600～1200mm/min，走卷速度为200～500m/min，等离子设备功率为2～15kW，氧气量为100～1000sccm，氩气量为200～2000sccm。
10.根据权利要求7所述的一种多层结构的导电膜的制备方法，其特征在于：导电膜的宽幅为1～2m，卷径为200～600mm。
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